EP3323580A1 - Verfahren zur herstellung einer kautschukfertigmischung - Google Patents

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EP3323580A1
EP3323580A1 EP17194868.0A EP17194868A EP3323580A1 EP 3323580 A1 EP3323580 A1 EP 3323580A1 EP 17194868 A EP17194868 A EP 17194868A EP 3323580 A1 EP3323580 A1 EP 3323580A1
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EP
European Patent Office
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kneader
rubber
rubber base
base mixture
weighing device
Prior art date
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EP17194868.0A
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English (en)
French (fr)
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Christopher Wortmann
Frank Stefan STEINER
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Continental Reifen Deutschland GmbH
Original Assignee
Continental Reifen Deutschland GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of a finished rubber compound in an aggregate combination of a die kneader and a die-less kneader arranged thereunder. Furthermore, the invention relates to an aggregate combination of a punch kneader and a punchless kneader arranged underneath. Furthermore, the invention relates to the use of the rubber finished mixture for pneumatic vehicle tires produced by the process.
  • the preparation of a rubber mixture is carried out in two mixing stages, namely by preparing a masterbatch and a finished mixture.
  • all components of the mixture such as rubbers, fillers, processing aids, anti-aging agents, antiozonants and other conventional additives, with the exception of the vulcanization chemicals (sulfur, vulcanization accelerators, resins and others), are mixed together to introduce energy.
  • the vulcanization chemicals sulfur, vulcanization accelerators, resins and others
  • the EP 0618055 B1 describes a process for processing base rubber blends containing non-reactive additives to rubber blends using a die kneader, wherein a previously prepared, finished masterbatch for plasticizing is fed to the die kneader, and after plasticizing, the batch is fed directly to a stamperless kneader Finished mixture by addition of reactive additives at a reduced temperature compared to the blender ready to mix.
  • a rubber-finished mixture is prepared by batch-preparing a masterbatch in a rubber and non-reactive additive in a first stage and then mixing the masterbatch in a second stage with the addition of reactive additives in a second kneader.
  • a device for carrying out the method an aggregate combination of a stamp kneader and a die-less kneader arranged underneath can be used.
  • JP 4928315 B2 A continuous mixing process is described in which the weight is determined from a first mixing stage on a platform scale and the mixture is then conveyed in succession. Based on the specific weight, quantities of chemicals to be added are determined. A mixing process in an aggregate combination of a die kneader and a die-less kneader arranged underneath is in the JP 4928315 B2 not revealed.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a process for producing a rubber precursor mixture containing vulcanization chemicals in an aggregate combination of a slab kneader and a die-less kneader arranged underneath, in which the rubber final mixture can be produced with a more constant and thus improved quality.
  • the rubber finished mixture with improved quality is produced by the additional process steps b) to e), ie the determination of the weight of the rubber base mixture after the basic mixing step (batch weight) and the calculation and optionally adjustment of the amount of vulcanization chemicals to be added becomes. Mass losses due to the phenomena described above and resulting weight fluctuations are thus compensated and the amount actually required calculated and used on vulcanization chemicals.
  • the method according to the invention thus also avoids over or underdosing of the vulcanization chemicals. Avoiding the overdose, in turn, results in cost savings.
  • the inventive method in the aggregate combination of an upper die kneader and a die-less kneader arranged underneath is a discontinuous process. Batch weight is understood as meaning the total weight of a mixed mixture batch of the basic mixture after the basic mixing stage in the upper punch kneader in the discontinuous process.
  • the inventive method is particularly suitable for the production of rubber blends for vehicle tires containing in particular carbon black and / or silica as a filler.
  • the process according to the invention is also suitable for the preparation of ready-mixed rubbers containing other polar fillers, alone or in combination with silicic acid.
  • Other polar fillers include any of those known to those skilled in the art, such as aluminosilicates, chalk, starch, magnesia, titania or rubber gels.
  • phr parts per hundred parts of rubber by weight
  • the dosage of the parts by weight of the individual substances is always based on 100 parts by weight of the total mass of all the rubbers present in the mixture.
  • An aggregate combination of a stamp kneader and a die-less kneader arranged underneath is, for example and in particular from DE 4314706 A1 . DE 4407144 A1 , known.
  • the kneader which is arranged below the die kneader, is a die-less kneader which, owing to its open design, permits easy transfer of the rubber base mixture from the die kneader or the shaping unit into the die stamping kneader allows. Between the upper and the lower kneader is a gap which is formed by a shaft through which the mixture is moved or falls through.
  • the stampless kneader preferably has a working volume which is 70 to 200% greater than that of the stamp kneader. In this way, in addition, a cooling of the mixture succeeds and further components of the mixture can be added.
  • a rubber base mixture is first prepared in step a) in the mixing chamber of the upper die kneader.
  • the rubber base mixture contains at least one rubber, preferably at least one solid rubber.
  • solid rubber is meant a rubber having a weight average Mw of the molecular weight according to GPC of 250,000 to 5,000,000 g / mol.
  • the solid rubber is preferably selected from the group consisting of natural polyisoprene and / or synthetic polyisoprene and / or butadiene rubber and / or solution-polymerized styrene-butadiene rubber and / or emulsion-polymerized styrene-butadiene rubber and / or halobutyl rubber and / or polynorbornene and / or isoprene-isobutylene copolymer and / or ethylene-propylene-diene rubber and / or nitrile rubber and / or chloroprene rubber and / or acrylate rubber and / or fluororubber and / or silicone rubber and / or polysulfide rubber and / or epichlorohydrin rubber and / or styrene-isoprene-butadiene terpolymer and / or hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber and / or isopre
  • nitrile rubber hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber, chloroprene rubber, butyl rubber, halobutyl rubber or ethylene-ene-propylene-diene rubber are used in the production of technical rubber articles such as belts, belts and hoses, and / or shoe soles.
  • the at least one solid rubber comprises at least one diene rubber.
  • the diene rubber is selected from the group consisting of synthetic polyisoprene (IR) and natural polyisoprene (NR) and styrene-butadiene rubber (SBR) and polybutadiene (BR).
  • the rubber base mixture prepared in step a) already contains at least one filler, preferably at least one silica and / or at least one carbon black.
  • the silicic acid (s) and the carbon black (s) may be the silicas known to those skilled in the art which are useful as a filler for tire rubber blends.
  • the terms "silica” and “silica” are used synonymously in the context of the present invention, as is customary in the art.
  • the base rubber mixture may also contain other polar fillers, alone or in combination with silica.
  • Other polar fillers include any of those known to those skilled in the art, such as aluminosilicates, chalk, starch, magnesia, titania or rubber gels.
  • the reactive additive is preferably an organosilane and / or a functionalized polymer.
  • a mixture of one or more organosilane (s) with one or more functionalized polymer (s) may also be used.
  • a mixture of different organosilanes or different functionalized polymers is conceivable.
  • the term "functionalized polymer” is understood to mean a polymer which has functionalization along the polymer chains and / or at the end of the chains, which permit attachment to silica or comparable fillers.
  • this is a functional group selected from the group consisting of hydroxyl group and / or ethoxy group and / or epoxy group and / or siloxane group and / or aminosiloxane and / or carboxy group and / or silane-sulfide group and / or alkoxysilane group and a primary amine and / or an alkoxysilane group and a thiol.
  • the functionalized polymer may be a solid rubber having the abovementioned Mw. In this case, therefore, this contained solid rubber already represents at least one reactive additive.
  • the functionalized polymer can also be a liquid polymer, which does not enter into the 100 parts of the phr calculation.
  • liquid polymers polymers having a Mw of 500 to 55,000 g / mol.
  • Suitable liquid, organosilicon-functionalized polymers are described, for example in the US 20020082333 A1 disclosed.
  • the reactive additive is at least one organosilane.
  • the silanization of silica with organosilanes in the rubber base mixture there are mass losses due to exiting reaction products such. For example, ethanol using a silane with ethoxy groups.
  • the rubber mixture in particular the rubber base mixture, further components known to the skilled person, such as plasticizers, aging inhibitors, process aids, activators, etc. may be added.
  • the rubber base mixture prepared in step a) is converted in step b) to a weighing device arranged below the upper die kneader without intermediate storage.
  • the transfer takes place in particular by opening the discharge flap below the mixing chamber of the stamp mixer.
  • weighing device is understood in principle to mean any weighing device which is suitable for determining the weight of the rubber base mixture mixed in the upper die kneader in step a).
  • the weighing device is arranged between the upper punch kneader and the lower punchless kneader.
  • the weighing device is a balance, which is arranged by means of a sliding and pulling device in the shaft, ie in the space between the punch kneader and stamping kneader.
  • the pusher serves to move the scale into the gap when it is needed there.
  • the sliding mechanism can mechanically, z. B. be operated by a worm drive or another motor. It is also conceivable a hydraulic or pneumatic drive by one or two corresponding cylinder.
  • a scraper When removing the scale, a scraper preferably ensures that any residues of the weighed rubber base mixture are removed from the balance, whereby the calculation of the amount of vulcanization chemicals takes place even more precisely.
  • the scraper is preferably made of metal, more preferably of stainless steel or brass or comparable suitable metals.
  • the scraper may be, for example, and preferably an angle or a triangular shaped piece of material.
  • the balance itself is in particular and, for example, a conventional suitable construction of a sheet with load cells. This also applies to the other described embodiments of the invention, unless stated otherwise.
  • the balance is surrounded by a protective cover onto which the mix falls from the upper punch kneader.
  • the protective cover has the additional advantage that it seals the shaft from the outside and thus no or virtually no dust gets into the shaft. Furthermore, no dusts and / or vapors can escape from the shaft.
  • the protective cover is mounted according to a particularly preferred embodiment above the scale on the shaft wall of the shaft, so the gap at least one attachment point and extends on the weighing surface of the scale and on the opposite shaft wall around the scale and below the balance preferably substantially parallel to the weighing surface and out of the shaft wall in projection below the attachment point.
  • the at least one attachment point is thus located along the connection axis between the upper and lower kneaders above the exit point and on the same side of the intermediate space.
  • the protective cover is not secured and may be moved into the gap or moved away from the gap by pulling.
  • exit point in the context of the present invention also means an area.
  • attachment point in the context of the present invention also means an area.
  • point should therefore not be interpreted restrictively.
  • the attachment can be done for example by screwing, riveting or dowelling. In particular, a strip is also conceivable, via which the shell is attached to the shaft wall, whereby the attachment is more stable.
  • the protective cover with the scale is then pulled away from the intermediate space, so that the weighed rubber mixture according to step d) is transferred to the lower die-less kneader.
  • This is the weighed Rubber base mixture by pulling out the scale and the protective cover downwards.
  • a scraper ensures that any residues of the weighed rubber base mixture are stripped from the protective cover, thereby making the calculation of the amount of vulcanization chemicals even more accurate.
  • the scraper is preferably made of metal, more preferably of stainless steel or brass or comparable suitable metals.
  • the scraper may be, for example, and preferably an angle or a triangular shaped piece of material.
  • the balance preferably has at least one roller on the shaft wall opposite the attachment, via which the protective cover can be moved when pulling in and out. This results in a longer durability of the protective cover, so that this construction is less expensive.
  • the protective cover is preferably constructed of at least one rubber mixture, so that it has a necessary flexibility and strength. At the same time, the surface should as far as possible not be sticky. Suitable mixtures for the protective cover include, for example, conveyor belt mixtures which are known to the person skilled in the art and are designed for longevity under constant use.
  • the weighing of the rubber base mixture can be automated and save space.
  • the weighing device is a balance, which is arranged by means of a rotating device in the space between the stamp kneader and stamp-less kneader.
  • the rotating device is used to move the balance in the space and that in this case to rotate about an axis of rotation perpendicular to the connecting line between the upper and lower kneader and thus to fold / tilt out of the weighing plane.
  • the turning device may be any suitable turning device known to those skilled in the art, such as a hinge.
  • step c the balance is then rotated or folded again so that the weighed rubber mixture falls down and is thus transferred according to step d) in the lower die-less kneader.
  • step d the weighing of the rubber base mixture can be automated and save space.
  • the weighed mixture falls completely or almost completely down into the punchless kneader. Any remnants of the base mix on the scale are displayed and can therefore be taken into account when calculating the vulcanization chemicals.
  • the weighing device is a balance, which is arranged by means of a rotating device in the space between the stamp kneader and stamp-less kneader.
  • the rotary device is used to move the balance in the space and in this case to rotate about an axis of rotation parallel to the connecting line between the upper and lower kneader.
  • the balance is thus turned out of the gap.
  • a scraper here ensures that the weighed mix falls from the balance in the lower kneader.
  • the weighing device is a roller, in which a balance is integrated or which is arranged on weighing cells.
  • the roll has the additional advantage that the rubber base mixture is formed prior to transfer to the lower kneader and that the weighing and transfer take place in a particularly simple manner, since the mixture after rolling automatically falls down into the punchless kneader. In this way, in particular crumbly rubber base mixtures, in particular containing high amounts of silica, can be more easily transferred to the lower kneader.
  • the weighing device is an extruder, in which a balance is integrated or which is arranged on weighing cells.
  • An extruder preferably a twin-screw extruder, has the additional Advantage that the rubber base mixture is formed prior to transfer into the lower kneader. In this way, in particular crumbly rubber base mixtures, in particular containing high amounts of silica, can be more easily transferred to the lower kneader.
  • the system in particular the space between the upper and lower kneader must be designed accordingly.
  • step c) of the method according to the invention the determination of the batch weight of the rubber base mixture by means of the weighing device as described in particular and by way of example in the preceding embodiments.
  • the weighing device in the shaft, so in the space between the upper and lower kneader, arranged with a cooling device and preferably heat-insulated shaft walls, wherein the rubber base mixture is cooled simultaneously on the weighing device.
  • the rubber base mixture preferably comprises at least one reinforcing filler, preferably at least one carbon black, as filler.
  • carbon black mixtures are strongly heated in the basic mixing stage due to the shear forces occurring in the dispersion of the carbon black in the rubber. The mixture should then be cooled prior to mixing with the vulcanization chemicals to avoid unwanted pre-crosslinking (scorch).
  • the rubber preparation thus prepared is particularly suitable for treads of vehicle tires, in particular pneumatic vehicle tires.
  • the cooling is carried out over a period of z. For 1 to 10 minutes.
  • the duration of the cooling corresponds at least approximately to the mixing time in the upper die kneader. This allows, while weighing a batch of base mix and is cooled, simultaneously a new rubber base mixture for a separate batch are mixed. This results in an optimal utilization of the aggregate combination.
  • a suitable cooling device comprises, for example, a cooling fan, wherein cool air is passed over the rubber base mixture.
  • the weighing device in the shaft, so in the space between the upper and lower kneader, arranged with a heater and preferably heat-insulated shaft walls, wherein the rubber base mixture is heated on the weighing device.
  • the rubber base mixture here preferably contains at least one silica as filler and at least one silane.
  • Silane is understood to mean the organosilanes described above.
  • the silanization requires in part comparatively high temperatures, in particular from 140 to 190 ° C. By the simultaneous heating in weighing, the mixing time can be reduced under high temperatures in the upper die kneader, since the silanization is at least partially displaced into the intermediate chamber.
  • the rubber preparation thus prepared is particularly suitable for treads of vehicle tires, in particular pneumatic vehicle tires.
  • the heating is carried out over a period of z. For 1 to 10 minutes.
  • the duration of the heating corresponds at least approximately to the mixing time in the upper die kneader.
  • the heating can be done for example via an electric heater or via a medium such as water or steam or oil.
  • the conversion of the weighed rubber base mixture into the stampless kneader takes place in step d), preferably according to the embodiments described above.
  • step e) the calculation of the amount of vulcanization chemicals based on the batch weight of the weighed rubber base mixture.
  • the calculation is preferably automated.
  • the required amount of vulcanization chemicals is measured on the target formulation based on 100 parts by weight of rubber, which are determined from the weighed base mixture.
  • step f) the addition of the calculated amount of the vulcanization chemicals to the rubber base mixture takes place in the stampless kneader.
  • the addition of the vulcanization chemicals preferably takes place in that, based on the batch weight of the rubber base mixture, the required amount of vulcanization chemicals is automatically calculated, weighed and metered in.
  • a reverse order is also conceivable, in which the vulcanization chemicals are initially introduced in the lower die-less kneader and then the shaped rubber base mixture is added. It is also conceivable that the amount of the rubber base mixture is reduced and adapted to the amount of already pre-weighed vulcanization chemicals.
  • vulcanization chemicals in the context of the present invention comprise chemical substances which allow vulcanization of the rubber precursor mixture under conditions known to the person skilled in the art.
  • the vulcanization chemicals are a vulcanization system based on sulfur vulcanization.
  • This contains at least one vulcanization accelerator and elemental (free) sulfur and / or at least one sulfur-donating substance.
  • the substances mentioned are known to the person skilled in the art, in particular for the vulcanization of diene rubber (s).
  • step g) the mixing of all constituents present in the stampless kneader into a finished rubber compound takes place.
  • the mixing in step f) takes place at a temperature of 90 to 140 ° C.
  • a further subject of the present invention is the rubber-finished mixture produced with the described process according to the invention including all embodiments.
  • Another object of the present invention is the use of the finished rubber preparation prepared in the described method of the invention inclusive of all embodiments in vehicle tires, in particular pneumatic vehicle tires.
  • the finished rubber preparation prepared according to the invention as well as a vehicle tire in which the finished rubber preparation prepared according to the invention is used have a constant and thus improved quality.
  • Another object of the present invention is an aggregate combination of an upper die kneader and a die-less kneader arranged underneath, which is characterized in that it between the upper die kneader and the stampless kneader has at least one weighing device.
  • the weighing device has the above-described combination of movable protective cover and balance.
  • FIG. 1 a schematic diagram of a vertical section through a preferred variant of a device according to the invention for the preparation of rubber mixtures, which has a punch kneader and a stameless kneader and a weighing device in the shaft between the upper die kneader and lower die-less kneader.
  • a punch kneader and a stameless kneader and a weighing device in the shaft between the upper die kneader and lower die-less kneader is a schematic diagram of a vertical section through a preferred variant of a device according to the invention for the preparation of rubber mixtures, which has a punch kneader and a stameless kneader and a weighing device in the shaft between the upper die kneader and lower die-less kneader.
  • the essential components of this device will be described, with respect to further details of the aggregate combination of stamp and knea
  • Fig. 1 For example, the upper punch kneader 1, the lower slot 5, the weighing device 2 located therein, and the lower punch kneader 9 are shown schematically.
  • the preparation of a rubber base mixture and, in step b), the subsequent transfer of the rubber base mixture to a weighing device 2 arranged below the upper die kneader 1 without intermediate storage takes place in the upper die kneader 1 in step a).
  • the weighing device 2 comprises a scale which can be moved into and out of the shaft by means of a sliding and pulling device.
  • the region of the shaft 5, in which the weighing device 2 is arranged, is highlighted with a dashed line for the sake of clarity.
  • the Weighing device has a balance 3 (plate with load cells), which is surrounded by a protective cover 4.
  • the balance itself is, for example, a conventional suitable construction of a sheet with load cells.
  • the protective cover 4 is fastened to the shaft wall 6 at an attachment point 7. As in Fig. 1 It is evident that the casing 4 extends from the fastening point 7 on the weighing surface of the balance and on the opposite shaft wall around the balance and below the balance, preferably substantially parallel to the weighing surface and out of the shaft wall at an exit point 8.
  • the rubber base mixture is weighed, namely, the mixture is in this example on the upper die kneader 1 facing surface of the protective cover 4th
  • the weighing basic mixture is transferred to the stampless kneader 9.
  • this is achieved by moving the protective cover 4 and the balance 3 out of the shaft 5 by pulling laterally over the exit point 8 in the direction of the arrow.
  • the balance 3 is completely moved out of the shaft 5, so that the mixture of the protective cover 4 falls in the lower punch-less kneader.
  • the protective cover 4 is thus part of the sliding and pulling device.
  • the device may also have a scraper 10, which brushes any remains of the weighed basic mixture of the protective cover 4.
  • the scraper 10 is in Fig. 1 not shown.
  • the scraper 10 is for example a stainless steel angle.
  • step e) the calculation of the amount of vulcanization chemicals based on the batch weight of the weighed rubber base mixture and then, according to step f), the addition of the calculated amount of the vulcanization chemicals to the rubber base mixture in the stampless kneader.
  • the required amount of vulcanization chemicals is measured on the target formulation based on 100 parts by weight of rubber, which are determined from the weighed base mixture.
  • step g) the mixing of all constituents present in the die-less kneader 9 to form a rubber-finished mixture takes place.
  • the finished rubber compound is produced by the process according to the invention in the aggregate combination according to the invention with constant and thus improved quality.
  • Fig. 2 is a further inventive example of aggregate combination with a weighing device 2 is shown schematically in a schematic diagram.
  • Fig. 2 are also the upper punch kneader 1, the underlying shaft 5, a weighing device 2 located therein and the lower punch kneader 9 shown schematically.
  • weighing device 2 has a balance 3 without a protective cover.
  • the balance 3 is drawn after weighing with a suitable device according to the indicated arrow direction from the shaft 5.
  • stripping 10 in the form of a triangular piece of material, for example made of stainless steel, is provided. This ensures that the mixture according to step d) falls into the lower kneader. Otherwise, the same method steps apply as for example Fig. 1 described.
  • Fig. 3 is a further inventive example of aggregate combination with a weighing device 2 is shown schematically in a schematic diagram.
  • the upper punch kneader 1, the lower slot 5, the weighing device 2 located therein, and the lower punch kneader 9 are shown schematically.
  • the weighing device 2 comprises a balance 3, which can be folded down by means of a rotating device to drop the weighed mixture according to step d) in the lower kneader.
  • the rotating device is used to move the balance 3 in the shaft 5, namely to rotate about a rotation axis perpendicular to the connecting line between the upper and lower kneaders and thus to fold / tilt from the weighing plane, as in Fig. 3 recognizable by the arrows.
  • the same method steps apply as for example Fig. 1 described.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Kautschukfertigmischung in einer Aggregatkombination aus einem Stempelkneter und einem darunter angeordneten stempellosen Kneter, aufweisend wenigstens die folgenden Verfahrensschritte: Herstellung einer Kautschukgrundmischung in einem oberen Stempelkneter (1), Überführung der Kautschukgrundmischung auf eine unterhalb des oberen Stempelkneters angeordnete Wiegevorrichtung (2) ohne Zwischenlagerung, Bestimmung des Batch-Gewichtes der Kautschukgrundmischung, Überführung der gewogenen Kautschukgrundmischung in einen stempellosen Kneter (9), Berechnung der Menge an Vulkanisationschemikalien auf Basis des Batch-Gewichtes der gewogenen Kautschukgrundmischung, Zugabe der berechneten Menge der Vulkanisationschemikalien zu der Kautschukgrundmischung in den stempellosen Kneter, und Mischen aller im stempellosen Kneter vorhandenen Bestandteile zu einer Kautschukfertigmischung. Des weiteren wird eine Aggregatkombination aus einem Stempelkneter und einem darunter angeordneten stempellosen Kneter sowie die Verwendung der nach dem Verfahren hergestellten Kautschukfertigmischung für Fahrzeugluftreifen offenbart.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kautschukfertigmischung in einer Aggregatkombination aus einem Stempelkneter und einem darunter angeordneten stempellosen Kneter. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Aggregatkombination aus einem Stempelkneter und einem darunter angeordneten stempellosen Kneter.
    Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung der nach dem Verfahren hergestellten Kautschukfertigmischung für Fahrzeugluftreifen.
  • Im Allgemeinen erfolgt die Herstellung einer Kautschukmischung in zwei Mischstufen, nämlich durch Herstellung einer Grundmischung und einer Fertigmischung. Während der Herstellung der Grundmischung werden alle Bestandteile der Mischung, wie Kautschuke, Füllstoffe, Verarbeitungshilfsmittel, Alterungsschutzmittel, Ozonschutzmittel und weitere übliche Zusatzstoffe mit Ausnahme der Vulkanisationschemikalien (Schwefel, Vulkanisationsbeschleuniger, Harze u. a.), miteinander unter Energieeintrag vermischt. Nach der Fertigstellung der Grundmischung, deren Abkühlung und eventueller Lagerung werden dann zur Herstellung der Fertigmischung die restlichen Zusatzstoffe, i. a. alle Vulkanisationsbestandteile, bei niedriger Temperatur eingemischt.
  • Verfahren zur Herstellung von Kautschukfertigmischungen sind in der DE 4407144 A1 und der EP 0618055 B1 beschrieben.
  • Die EP 0618055 B1 beschreibt ein Verfahren zum Verarbeiten von nicht reaktive Zusatzstoffe enthaltenden Kautschukgrundmischungen zu Kautschukfertigmischungen unter Verwendung eines Stempelkneters, wobei dem Stempelkneter eine vorher hergestellte, fertige Grundmischung zum Plastizieren zugeführt wird und nach dem Plastizieren die Charge unmittelbar einem stempellosen Kneter zugeführt wird, um die Fertigmischung durch Zugabe von reaktiven Zusatzstoffen bei verringerter Temperatur im Vergleich zum Stempelkneter fertig zu mischen.
  • In der DE 4407144 A1 wird eine Kautschukfertigmischung dadurch hergestellt, dass in einer ersten Stufe in einem Stempelkneter aus Kautschuk und nicht reaktiven Zusatzstoffen chargenweise eine Grundmischung hergestellt wird und dann die Grundmischung in einer zweiten Stufe unter Hinzufügen von reaktiven Zusatzstoffen ebenfalls chargenweise in einem zweiten Kneter fertig gemischt wird. Als Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann eine Aggregatkombination aus einem Stempelkneter und einem darunter angeordneten stempellosen Kneter eingesetzt werden.
  • Insbesondere bei der Herstellung von Kautschukfertigmischungen enthaltend Kieselsäure und reaktive Zusatzstoffe, wie Silankupplungsagenzien, die bereits in der Grundmischstufe zugegeben werden, kommt es aufgrund von chemischen Reaktionen, wie der Silanisierung unter Ausstoß von z. B. Ethanol, zu Masseverlusten der Kautschukgrundmischung. Das Batch-Gewicht der Kautschukgrundmischung nach der ersten Mischstufe entspricht nicht mehr den eingewogenen Rohmaterialien.
    Zudem können weitere Effekte wie das Absaugen von Füllstoffen und/oder Verdampfen von Wasser bei schwankenden Feuchtigkeiten der eingesetzten Rohmaterialien zu schwankenden Batch-Gewichten der Kautschukgrundmischung führen.
    Schwankungen im Batch-Gewicht der Grundmischung haben Schwankungen der Qualität der hergestellten Kautschukfertigmischung zur Folge, da die Menge der Vulkanisationschemikalien üblicherweise anhand der eingesetzten Rohmaterialien berechnet wird.
  • In der JP 4928315 B2 wird ein kontinuierliches Mischverfahren beschrieben, bei dem das Gewicht aus einer ersten Mischstufe auf einer Plattformwaage bestimmt wird und die Mischung dann in der Folge weiterbefördert wird. Anhand des bestimmten Gewichtes werden Mengen von zuzugebenden Chemikalien bestimmt.
    Ein Mischverfahren in einer Aggregatkombination aus einem Stempelkneter und einem darunter angeordneten stempellosen Kneter wird in der JP 4928315 B2 nicht offenbart.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Kautschukfertigmischung enthaltend Vulkanisationschemikalien in einer Aggregatkombination aus einem Stempelkneter und einem darunter angeordneten stempellosen Kneter bereitzustellen, bei dem die Kautschukfertigmischung mit einer konstanteren und damit verbesserten Qualität hergestellt werden kann.
  • Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass das Verfahren in einer Aggregatkombination aus einem oberen Stempelkneter und einem darunter angeordneten stempellosen Kneter wenigstens die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
    1. a) Herstellung einer Kautschukgrundmischung in dem oberen Stempelkneter, und
    2. b) Überführung der Kautschukgrundmischung auf eine unterhalb des oberen Stempelkneters angeordnete Wiegevorrichtung ohne Zwischenlagerung und
    3. c) Bestimmung des Batch-Gewichtes der Kautschukgrundmischung und
    4. d) Überführung der gewogenen Kautschukgrundmischung in den stempellosen Kneter und
    5. e) Berechnung der Menge an Vulkanisationschemikalien auf Basis des Batch-Gewichtes der gewogenen Kautschukgrundmischung und
    6. f) Zugabe der berechneten Menge der Vulkanisationschemikalien zu der Kautschukgrundmischung in den stempellosen Kneter und
    7. g) Mischen aller in dem stempellosen Kneter vorhandenen Bestandteile zu einer Kautschukfertigmischung.
  • Es hat sich gezeigt, dass durch die zusätzlichen Verfahrensschritte b) bis e), also der Bestimmung des Gewichtes der Kautschukgrundmischung nach der Grundmischstufe (Batch-Gewicht) und der Berechnung und ggf. Anpassung der Menge an zuzugebenden Vulkanisationschemikalien die Kautschukfertigmischung mit einer verbesserten Qualität hergestellt wird.
    Masseverluste aufgrund der oben beschriebenen Phänomene und dadurch auftretende Gewichtsschwankungen werden somit ausgeglichen und die tatsächlich notwendige Menge an Vulkanisationschemikalien berechnet und verwendet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit auch eine Über- oder Unterdosierung der Vulkanisationschemikalien vermieden. Das Vermeiden der Überdosierung resultiert wiederum in einer Kostenersparnis.
    Das erfindungsgemäße Verfahren in der Aggregatkombination aus einem oberen Stempelkneter und einem darunter angeordneten stempellosen Kneter ist ein diskontinuierliches Verfahren.
    Unter Batch-Gewicht wird das gesamte Gewicht einer gemischten Mischungscharge der Grundmischung nach erfolgter Grundmischstufe im oberen Stempelkneter im diskontinuierlichen Verfahren verstanden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für die Herstellung von Kautschukfertigmischungen für Fahrzeugreifen enthaltend insbesondere Ruß und/oder Kieselsäure als Füllstoff geeignet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch zur Herstellung von Kautschukfertigmischungen, die andere polare Füllstoffe alleine oder in Kombination mit Kieselsäure enthalten, geeignet. Zu anderen polaren Füllstoffen zählen alle dem Fachmann bekannten, wie beispielsweise Alumosilicate, Kreide, Stärke, Magnesiumoxid, Titandioxid oder Kautschukgele.
  • Die in dieser Schrift verwendete Angabe phr (parts per hundred parts of rubber by weight) ist dabei die in der Kautschukindustrie übliche Mengenangabe für Mischungsrezepturen. Die Dosierung der Gewichtsteile der einzelnen Substanzen wird dabei stets auf 100 Gewichtsteile der gesamten Masse aller in der Mischung vorhandenen Kautschuke bezogen.
  • Eine Aggregatkombination aus einem Stempelkneter und einem darunter angeordneten stempellosen Kneter ist beispielsweise und insbesondere aus der DE 4314706 A1 , DE 4407144 A1 , bekannt.
    Der unterhalb des Stempelkneters angeordnete Kneter ist ein stempelloser Kneter, der auf Grund seiner offenen Ausbildung eine einfache Überführung der Kautschukgrundmischung von dem Stempelkneter bzw. dem Ausformaggregat in den stempellosen Kneter ermöglicht. Zwischen dem oberen und dem unteren Kneter befindet sich ein Zwischenraum, der durch einen Schacht gebildet wird, durch den das Mischgut hindurch bewegt wird bzw. fällt.
    Der stempellose Kneter weist vorzugsweise ein Arbeitsvolumen auf, das 70 bis 200 % größer ist als das des Stempelkneters. Auf diese Weise gelingt zusätzlich ein Abkühlen der Mischung und es können weitere Mischungsbestandteile hinzugefügt werden.
  • Erfindungsgemäß wird in Schritt a) zunächst eine Kautschukgrundmischung in der Mischkammer des oberen Stempelkneters hergestellt.
  • Die Kautschukgrundmischung enthält dabei wenigstens einen Kautschuk, bevorzugt wenigstens einen festen Kautschuk. Unter "fester Kautschuk" ist dabei ein Kautschuk mit einem Gewichtsmittel Mw des Molekulargewichts gemäß GPC von 250.000 bis 5.000.000 g/mol zu verstehen.
  • Der feste Kautschuk ist dabei bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus natürlichem Polyisopren und/oder synthetischem Polyisopren und/oder Butadien-Kautschuk und/oder lösungspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk und/oder emulsionspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk und/oder Halobutylkautschuk und/oder Polynorbornen und/oder Isopren-Isobutylen-Copolymer und/oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und/oder Nitrilkautschuk und/oder Chloroprenkautschuk und/oder Acrylat-Kautschuk und/oder Fluorkautschuk und/oder Silikon-Kautschuk und/oder Polysulfidkautschuk und/oder Epichlorhydrinkautschuk und/oder Styrol-Isopren-Butadien-Terpolymer und/oder hydrierter Acrylnitrilbutadienkautschuk und/oder Isopren-Butadien-Copolymer und/oder hydrierter Styrol-Butadien-Kautschuk.
    Insbesondere Nitrilkautschuk, hydrierter Acrylnitrilbutadienkautschuk, Chloroprenkautschuk, Butylkautschuk, Halobutylkautschuk oder Ethyl-en-Propylen-DienKautschuk kommen bei der Herstellung von technischen Gummiartikeln, wie Gurte, Riemen und Schläuche, und/oder Schuhsohlen zum Einsatz.
  • Bevorzugt umfasst der wenigstens eine feste Kautschuk wenigstens einen Dienkautschuk.
  • Als Dienkautschuke werden Kautschuke bezeichnet, die durch Polymerisation oder Copolymerisation von Dienen und/oder Cycloalkenen entstehen und somit entweder in der Hauptkette oder in den Seitengruppen C=C-Doppelbindungen aufweisen.
    Bevorzugt ist der Dienkautschuk ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus synthetischem Polyisopren (IR) und natürlichem Polyisopren (NR) und Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und Polybutadien (BR).
    Bevorzugt enthält die in Schritt a) hergestellte Kautschukgrundmischung bereits wenigstens einen Füllstoff, bevorzugt wenigstens eine Kieselsäure und/oder wenigstens einen Ruß.
  • Bei den oder der Kieselsäure(n) und dem oder den Ruß(en) kann es sich um die dem Fachmann bekannten Kieselsäuren, die als Füllstoff für Reifenkautschukmischungen geeignet sind, handeln.
    Die Begriffe "Kieselsäure" und "Silika" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie auch in der Fachwelt üblich, synonym verwendet.
    Die Kautschukgrundmischung kann auch andere polare Füllstoffe alleine oder in Kombination mit Kieselsäure enthalten, geeignet. Zu anderen polaren Füllstoffen zählen alle dem Fachmann bekannten, wie beispielsweise Alumosilicate, Kreide, Stärke, Magnesiumoxid, Titandioxid oder Kautschukgele.
  • Bevorzugt wird in Schritt a) bereits ein reaktiver Zusatzstoff der Kautschukgrundmischung zugegeben.
  • Bevorzugt handelt es sich bei dem reaktiven Zusatzstoff um ein Organosilan und/oder ein funktionalisiertes Polymer. Es kann somit auch ein Gemisch aus einem oder mehreren Organosilan(en) mit einem oder mehreren funktionalisierten Polymer(en) verwendet werden. Ferner ist auch ein Gemisch verschiedener Organosilane oder verschiedener funktionalisierten Polymere denkbar.
  • Unter dem Begriff "Organosilan" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung organische chemische Verbindungen verstanden, die wenigstens eine Silyl-Gruppe aufweisen. Derartige Substanzen sind in der Fachwelt der Kautschukmischungen für Fahrzeugreifen auch als Silan-Kupplungsagenzien bekannt. Die Silan-Kupplungsagenzien reagieren mit den oberflächlichen Silanolgruppen der Kieselsäure oder anderen polaren Gruppen während des Mischens des Kautschuks bzw. der Kautschukmischung (in situ) oder bereits vor der Zugabe des Füllstoffes zum Kautschuk im Sinne einer Vorbehandlung (Vormodifizierung). Als Silan-Kupplungsagenzien können dabei alle dem Fachmann für die Verwendung in Kautschukmischungen bekannten Silan-Kupplungsagenzien verwendet werden. Solche aus dem Stand der Technik bekannten Kupplungsagenzien sind bifunktionelle Organosilane, die am Siliciumatom mindestens eine Alkoxy-, Cycloalkoxy- oder Phenoxygruppe als Abgangsgruppe besitzen und die als andere Funktionalität eine Gruppe aufweisen, die gegebenenfalls nach Spaltung eine chemische Reaktion mit den Doppelbindungen des Polymers eingehen kann. Bei der letztgenannten Gruppe kann es sich z. B. um die folgenden chemischen Gruppen handeln:
    • -SCN, -SH, -NH2 oder -Sx- (mit x = 2 bis 8).
    So können als Silan-Kupplungsagenzien z. B. 3-Mercaptopropyltriethoxysilan, 3-Thiocyanato-propyltrimethoxysilan oder 3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)polysulfide mit 2 bis 8 Schwefelatomen, wie z. B. 3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfid (TESPT), das entsprechende Disulfid (TESPD) oder auch Gemische aus den Sulfiden mit 1 bis 8 Schwefelatomen mit unterschiedlichen Gehalten an den verschiedenen Sulfiden, verwendet werden. TESPT kann dabei beispielsweise auch als Gemisch mit Industrieruß (Handelsname X50S® der Firma Evonik) zugesetzt werden.
    Bevorzugt wird ein Silan-Gemisch eingesetzt, welches zu 40 bis 100 Gew.-% Disulfide, besonders bevorzugt 55 bis 85 Gew.-% Disulfide und ganz besonders bevorzugt 60 bis 80 Gew.-% Disulfide enthält.
    Auch geblockte Mercaptosilane, wie sie z. B. aus der WO 99/09036 bekannt sind, können als Silan-Kupplungsagens eingesetzt werden. Auch Silane, wie sie in der WO 2008/083241 A1 , der WO 2008/083242 A1 , der WO 2008/083243 A1 und der WO 2008/083244 A1 beschrieben sind, können eingesetzt werden. Verwendbar sind z. B. Silane, die unter dem Namen NXT in verschiedenen Varianten von der Firma Momentive, USA, oder solche, die unter dem Namen VP Si 363® von der Firma Evonik Industries vertrieben werden.
  • Unter dem Begriff "funktionalisiertes Polymer" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Polymer verstanden, das entlang der Polymerketten und/oder am Ende der Ketten eine Funktionalisierung aufweisen, die eine Anbindung an Kieselsäure oder vergleichbare Füllstoffe ermöglichen. Bevorzugt und beispielsweise handelt es sich hierbei um eine funktionelle Gruppe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hydroxy-Gruppe und/oder Ethoxy-Gruppe und/oder Epoxy-Gruppe und/oder Siloxan-Gruppe und/oder Aminosiloxan und/oder Carboxy-Gruppe und/oder Silan-Sulfid-Gruppe und/oder Alkoxysilan-Gruppe und einem primären Amin und/oder einer Alkoxysilan-Gruppe und einem Thiol.
  • Das funktionalisierte Polymer kann dabei ein fester Kautschuk mit dem oben genannten Mw sein. In dem Fall stellt somit dieser enthaltene feste Kautschuk bereits wenigstens einen reaktiven Zusatzstoff dar.
  • Das funktionalisierte Polymer kann aber auch ein flüssiges Polymer sein, welches nicht in die 100 Teile der phr-Berechnung eingeht. Unter flüssigen Polymeren werden Polymere mit einem Mw von 500 bis 55000 g/mol verstanden.
    Geeignete flüssige, organosilicium-funktionalisierte Polymere werden beispielsweise in der US 20020082333 A1 offenbart.
  • Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem reaktiven Zusatzstoff um wenigstens ein Organosilan.
    Insbesondere bei der Silanisierung von Kieselsäure mit Organosilanen in der Kautschukgrundmischung kommt es zu Masseverlusten durch austretende Reaktionsprodukte, wie z. B. Ethanol bei der Verwendung eines Silans mit EthoxyGruppen.
  • Ferner können der Kautschukmischung, insbesondere der Kautschukgrundmischung, weitere dem Fachmann bekannte Bestandteile, wie Weichmacher, Alterungsschutzmittel, Prozesshilfsmittel, Aktivatoren etc. zugegeben werden.
  • Erfindungsgemäß wird die in Schritt a) hergestellte Kautschukgrundmischung in Verfahrensschritt b) auf eine unterhalb des oberen Stempelkneters angeordnete Wiegevorrichtung ohne Zwischenlagerung überführt.
    Die Überführung erfolgt insbesondere durch Öffnen der Entleerungsklappe unterhalb der Mischkammer des Stempelkneters.
  • Unter Wiegevorrichtung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung prinzipiell jede Wiegevorrichtung verstanden, die geeignet ist, das Gewicht der im oberen Stempelkneter in Schritt a) gemischten Kautschukgrundmischung zu bestimmen. Die Wiegevorrichtung ist zwischen dem oberen Stempelkneter und dem unteren stempellosen Kneter angeordnet.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Wiegevorrichtung eine Waage, die mittels einer Schiebe- und Ziehvorrichtung im Schacht, also im Zwischenraum zwischen Stempelkneter und stempellosem Kneter, angeordnet ist. Hierbei dient die Schiebevorrichtung dazu, die Waage in den Zwischenraum zu bewegen, wenn sie dort benötigt wird. Der Schiebemechanismus kann mechanisch, z. B. durch einen Schneckenantrieb oder einen anderen Motor betrieben werden. Denkbar ist auch ein hydraulischer oder pneumatischer Antrieb durch einen oder zwei entsprechende Zylinder. Bevorzugt sorgt beim Rausziehen der Waage ein Abstreifer dafür, dass eventuelle Reste der gewogenen Kautschukgrundmischung von der Waage gestrichen werden, wodurch die Berechnung der Menge an Vulkanisationschemikalien noch genauer erfolgt. Der Abstreifer ist bevorzugt aus Metall gefertigt, besonders bevorzugt aus Edelstahl oder Messing oder vergleichbaren geeigneten Metallen. Der Abstreifer kann beispielsweise und bevorzugt ein Winkel oder ein dreieckig geformtes Materialstück sein.
  • Die Waage selbst ist insbesondere und beispielweise eine herkömmliche geeignete Konstruktion aus einem Blech mit Wiegezellen. Dies gilt auch für die anderen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • Besonders bevorzugt ist die Waage mit einer Schutzhülle umgeben, auf die das Mischgut aus dem oberen Stempelkneter fällt. Die Schutzhülle hat den zusätzlichen Vorteil, dass sie den Schacht von außen abdichtet und somit kein oder so gut wie kein Staub in den Schacht gelangt. Ferner können auch keine Stäube und/oder Dämpfe aus dem Schacht heraus gelangen.
    Die Schutzhülle ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung oberhalb der Waage an der Schachtwand des Schachtes, also des Zwischenraums, an wenigstens einem Befestigungspunkt befestigt und verläuft auf der Wiegeoberfläche der Waage und auf der gegenüberliegenden Schachtwand um die Waage herum und unterhalb der Waage bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Wiegeoberfläche und aus der Schachtwand in Projektion unterhalb des Befestigungspunktes heraus. Der wenigstens eine Befestigungspunkt befindet sich somit entlang der Verbindungsachse zwischen oberem und unterem Kneter oberhalb des Austrittspunktes und auf der gleichen Seite des Zwischenraumes. An dem Austrittspunkt ist die Schutzhülle nicht befestigt und kann in den Zwischenraum bewegt werden oder durch Ziehen aus dem Zwischenraum wegbewegt werden. Unter "Austrittspunkt" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein Bereich zu verstehen.
    Unter "Befestigungspunkt" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein Bereich zu verstehen.
    Der Begriff "Punkt" ist somit nicht eng auszulegen.
    Die Befestigung kann beispielsweise durch schrauben, nieten oder dübeln erfolgen Insbesondere ist dabei auch eine Leiste denkbar, über die die Hülle an der Schachtwand befestigt ist, wodurch die Befestigung stabiler ist.
  • Im Anschluss an das Wiegen gemäß Schritt c) wird dann die Schutzhülle mit der Waage aus dem Zwischenraum weggezogen, sodass die gewogene Kautschukmischung gemäß Schritt d) in den unteren stempellosen Kneter überführt wird. Hierbei fällt die gewogene Kautschukgrundmischung durch das Rausziehen der Waage und der Schutzhülle nach unten.
    Bevorzugt sorgt beim Rausziehen der Waage ein Abstreifer dafür, dass eventuelle Reste der gewogenen Kautschukgrundmischung von der Schutzhülle gestrichen werden, wodurch die Berechnung der Menge an Vulkanisationschemikalien noch genauer erfolgt. Der Abstreifer ist bevorzugt aus Metall gefertigt, besonders bevorzugt aus Edelstahl oder Messing oder vergleichbaren geeigneten Metallen. Der Abstreifer kann beispielsweise und bevorzugt ein Winkel oder ein dreieckig geformtes Materialstück sein.
    Bevorzugt weist die Waage an der der Befestigung gegenüberliegenden Schachtwand wenigstens eine Rolle auf, über die die Schutzhülle beim Rein- und Rausziehen bewegt werden kann. Hierdurch ergibt sich eine längere Haltbarkeit der Schutzhülle, sodass diese Konstruktion wartungsärmer ist.
    Die Schutzhülle ist bevorzugt aus wenigstens einer Kautschukmischung aufgebaut, sodass sie eine nötige Flexibilität und Festigkeit aufweist. Gleichzeitig sollte die Oberfläche möglichst gar nicht klebrig sein. Geeignete Mischungen für die Schutzhülle umfassen beispielsweise Transportband-Mischungen, welche dem Fachmann bekannt sind und auf Langlebigkeit unter ständiger Beanspruchung ausgelegt sind.
  • Mit dieser Vorrichtung kann das Wiegen der Kautschukgrundmischung automatisiert und platzsparend erfolgen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Wiegevorrichtung eine Waage, die mittels einer Drehvorrichtung im Zwischenraum zwischen Stempelkneter und stempellosem Kneter angeordnet ist. Hierbei dient die Drehvorrichtung dazu, die Waage in dem Zwischenraum zu bewegen und zwar hierbei um eine Rotationsachse senkrecht zur Verbindungslinie zwischen oberem und unterem Kneter zu drehen und somit aus der Wiegeebene zu klappen/kippen. Bei der Drehvorrichtung kann es sich um jede dem Fachmann bekannte und geeignete Drehvorrichtung handeln, wie beispielsweise ein Gelenk.
  • Im Anschluss an das Wiegen gemäß Schritt c) wird dann die Waage wieder so gedreht bzw. geklappt, dass die gewogene Kautschukmischung nach unten fällt und somit gemäß Schritt d) in den unteren stempellosen Kneter überführt wird.
    Mit dieser Vorrichtung kann das Wiegen der Kautschukgrundmischung automatisiert und platzsparend erfolgen. Durch das Drehen bzw. Runterklappen der Waage fällt dabei die gewogene Mischung vollständig oder nahezu vollständig nach unten in den stempellosen Kneter. Etwaige Reste der Grundmischung auf der Waage werden angezeigt und können daher bei der Berechnung der Vulkanisationschemikalien berücksichtigt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Wiegevorrichtung eine Waage, die mittels einer Drehvorrichtung im Zwischenraum zwischen Stempelkneter und stempellosem Kneter angeordnet ist. Hierbei dient die Drehvorrichtung dazu, die Waage in dem Zwischenraum zu bewegen und zwar hierbei um eine Rotationsachse parallel zur Verbindungslinie zwischen oberem und unterem Kneter zu drehen. Die Waage wird hierbei somit aus dem Zwischenraum rausgedreht. Bevorzugt sorgt auch hier ein Abstreifer dafür, dass das gewogene Mischgut von der Waage in den unteren Kneter fällt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Wiegevorrichtung eine Walze, in die eine Waage integriert ist oder die auf Wiegezellen angeordnet ist. Die Walze hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Kautschukgrundmischung vor dem Überführen in den unteren Kneter ausgeformt wird und dass das Wiegen und Überführen auf besonders einfache Weise erfolgt, da die Mischung nach dem Walzen automatisch nach unten in den stempellosen Kneter fällt. Hierdurch können insbesondere krümelige Kautschukgrundmischungen, insbesondere enthaltend hohe Mengen an Kieselsäure, einfacher in den unteren Kneter überführt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Wiegevorrichtung ein Extruder, in den eine Waage integriert ist oder der auf Wiegezellen angeordnet ist. Ein Extruder, bevorzugt ein Doppelschneckenextruder, hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Kautschukgrundmischung vor dem Überführen in den unteren Kneter ausgeformt wird.
    Hierdurch können insbesondere krümelige Kautschukgrundmischungen, insbesondere enthaltend hohe Mengen an Kieselsäure, einfacher in den unteren Kneter überführt werden. Je nach Art der Wiegevorrichtung muss die Anlage insbesondere der Zwischenraum zwischen oberem und unterem Kneter entsprechend ausgelegt werden.
  • Gemäß Verfahrensschritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Bestimmung des Batch-Gewichtes der Kautschukgrundmischung mittels der Wiegevorrichtung wie insbesondere und beispielhaft in den vorstehenden Ausführungen beschrieben.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Wiegevorrichtung im Schacht, also im Zwischenraum zwischen oberem und unterem Kneter, mit einer Kühlvorrichtung und dabei bevorzugt wärmeisolierten Schachtwänden angeordnet, wobei die Kautschukgrundmischung auf der Wiegevorrichtung gleichzeitig gekühlt wird.
    Bevorzugt enthält die Kautschukgrundmischung hierbei wenigstens einen verstärkenden Füllstoff, bevorzugt wenigstens einen Ruß, als Füllstoff. Insbesondere Rußmischungen werden in der Grundmischstufe aufgrund der auftretenden Scherkräfte bei der Dispersion des Rußes im Kautschuk stark erwärmt. Die Mischung sollte dann vor dem Vermischen mit den Vulkanisationschemikalien abgekühlt werden, um eine unerwünschte Vorvernetzung (Scorch) zu vermeiden.
    Durch die gleichzeitige Kühlung der Mischung, insbesondere auf 120 bis 130 °C, beim Wiegen, kann die Mischdauer in dem unteren stempellosen Kneter verringert werden und die Zugabe der Vulkanisationschemikalien zu einem früheren Zeitpunkt erfolgen. Hierdurch wird eine Durchsatzsteigerung in der Aggregatkombination erzielt.
    Die somit hergestellte Kautschukfertigmischung ist insbesondere für Laufstreifen von Fahrzeugreifen, insbesondere Fahrzeugluftreifen, geeignet.
    Bevorzugt erfolgt das Kühlen über einen Zeitraum von z. B. 1 bis 10 Minuten. Besonders bevorzugt entspricht die Dauer des Kühlens zumindest in etwa der Mischzeit im oberen Stempelkneter. Hierdurch kann, während eine Charge Grundmischung gewogen und gekühlt wird, gleichzeitig eine neue Kautschukgrundmischung für eine separate Charge gemischt werden. Damit ergibt sich eine optimale Auslastung der Aggregatkombination. Eine geeignete Kühlvorrichtung umfasst beispielsweise ein Kühlgebläse, wobei kühle Luft über die Kautschukgrundmischung geführt wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Wiegevorrichtung im Schacht, also im Zwischenraum zwischen oberem und unterem Kneter, mit einer Heizvorrichtung und dabei bevorzugt wärmeisolierten Schachtwänden angeordnet, wobei die Kautschukgrundmischung auf der Wiegevorrichtung beheizt wird.
    Bevorzugt enthält die Kautschukgrundmischung hierbei wenigstens eine Kieselsäure als Füllstoff und wenigstens ein Silan. Unter Silan sind die oben beschriebenen Organosilane zu verstehen.
    Die Silanisierung erfordert zum Teil vergleichsweise hohe Temperaturen, insbesondere von 140 bis 190 °C. Durch das gleichzeitige Heizen beim Wiegen, kann die Mischdauer unter hohen Temperaturen in dem oberen Stempelkneter verringert werden, da die Silanisierung zumindest zum Teil in die Zwischenkammer verlagert wird. Bei gleichzeitigem Wiegen können die Dauer der Silanisierung und damit die Verweilzeit in der Zwischenkammer anhand des Masseverlustes genau bestimmt werden. Der obere Mischer kann zudem zu einem früheren Zeitpunkt wieder mit neuem Mischgut befüllt werden. Insgesamt ergibt sich somit gemäß der beschriebenen Weiterbildung aus Wiegen und gleichzeitigem Heizen, insbesondere auf Temperaturen, die die rezeptspezifischen chemischen Reaktionen unterstützen, eine erhebliche Durchsatzsteigerung in der Aggregatkombination.
    Die somit hergestellte Kautschukfertigmischung ist insbesondere für Laufstreifen von Fahrzeugreifen, insbesondere Fahrzeugluftreifen, geeignet.
    Bevorzugt erfolgt das Heizen über einen Zeitraum von z. B. 1 bis 10 Minuten. Besonders bevorzugt entspricht die Dauer des Heizens zumindest in etwa der Mischzeit im oberen Stempelkneter. Hierdurch kann, während eine Charge Grundmischung gewogen und geheizt wird, gleichzeitig eine neue Kautschukgrundmischung für eine separate Charge gemischt werden. Damit ergibt sich eine optimale Auslastung der Aggregatkombination.
  • Das Heizen kann beispielsweise über eine elektrische Heizvorrichtung oder über ein Medium wie Wasser oder Dampf oder Öl erfolgen.
  • Erfindungsgemäß erfolgt in Schritt d) die Überführung der gewogenen Kautschukgrundmischung in den stempellosen Kneter und zwar bevorzugt gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen.
  • Erfindungsgemäß erfolgt in Schritt e) die Berechnung der Menge an Vulkanisationschemikalien auf Basis des Batch-Gewichtes der gewogenen Kautschukgrundmischung. Die Berechnung erfolgt bevorzugt automatisiert. Die nötige Menge an Vulkanisationschemikalien bemisst sich an der Zielrezeptur bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk, die aus der gewogenen Grundmischung bestimmt werden.
  • Erfindungsgemäß erfolgt in Schritt f) die Zugabe der berechneten Menge der Vulkanisationschemikalien zu der Kautschukgrundmischung in den stempellosen Kneter.
  • Bevorzugt erfolgt die Zugabe der Vulkanisationschemikalien dadurch, dass anhand des Batch-Gewichtes der Kautschukgrundmischung automatisiert die nötige Menge an Vulkanisationschemikalien berechnet, abgewogen und zudosiert wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist jedoch auch eine umgekehrte Reihenfolge denkbar, bei der die Vulkanisationschemikalien im unteren stempellosen Kneter vorgelegt werden und anschließend die ausgeformte Kautschukgrundmischung hinzugegeben wird. Dabei ist ferner denkbar, dass die Menge der Kautschukgrundmischung reduziert wird und an die Menge der bereits vorab gewogenen Vulkanisationschemikalien angepasst wird.
  • Die Vulkanisationschemikalien umfassen im Rahmen der vorliegenden Erfindung chemische Substanzen, die eine Vulkanisation der Kautschukfertigmischung unter dem Fachmann bekannten Bedingungen ermöglichen.
  • Bevorzugt handelt es sich bei den Vulkanisationschemikalien um ein Vulkanisationssystem, welches auf der Schwefelvulkanisation basiert. Dieses enthält wenigstens einen Vulkanisationsbeschleuniger und elementaren (freien) Schwefel und/oder wenigstens eine schwefelspendende Substanz.
    Die genannten Substanzen sind dem Fachmann bekannt, insbesondere für die Vulkanisation von Dienkautschuk(en).
  • In Verfahrensschritt g) erfolgt schließlich das Mischen aller in dem stempellosen Kneter vorhandenen Bestandteile zu einer Kautschukfertigmischung.
    Bevorzugt erfolgt das Mischen in Schritt f) bei einer Temperatur von 90 bis 140 °C.
  • Sofern nicht erfindungsgemäß anders angegeben werden bei sämtlichen Schritten dem Fachmann bekannte Verfahrensweisen, Bedingungen, z. B. Mischdauer und Mischtemperatur, und Vorrichtungen, z. B. Dosiervorrichtungen für die Bestandteile der Kautschukgrundmischung und der Vulkanisationschemikalien, verwendet.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren inklusiver aller Ausführungen hergestellte Kautschukfertigmischung.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung der mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren inklusiver aller Ausführungen hergestellten Kautschukfertigmischung in Fahrzeugreifen, insbesondere Fahrzeugluftreifen.
  • Die erfindungsgemäße hergestellte Kautschukfertigmischung sowie ein Fahrzeugreifen, in dem die erfindungsgemäß hergestellte Kautschukfertigmischung verwendet wird, weisen eine konstante und damit verbesserte Qualität auf.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Aggregatkombination aus einem oberen Stempelkneter und einem darunter angeordneten stempellosen Kneter, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie zwischen dem oberen Stempelkneter und dem stempellosen Kneter zumindest eine Wiegevorrichtung aufweist. Für die Wiegevorrichtung gelten sämtliche oben getroffenen Ausführungen.
    In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aggregatkombination weist die Wiegevorrichtung die oben beschriebene Kombination aus beweglicher Schutzhülle und Waage auf. Hierdurch ist die Aggregatkombination bzw. der Schacht von außen abgedichtet, wodurch so gut wie kein Staub in den Schacht gelangen kann. Ferner erfolgt das Wiegen und anschließende Überführen der gewogenen Grundmischung bei dieser Konstruktion auf einfache, elegante und saubere Weise, ohne dass die Waage selbst von der Mischung verunreinigt werden kann.
  • Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigt die Fig. 1 eine Prinzipskizze eines senkrechten Schnittes durch eine bevorzugte erfindungsgemäße Variante einer Vorrichtung zur Herstellung von Kautschukmischungen, die einen Stempelkneter und einen stempellosen Kneter sowie eine Wiegevorrichtung im Schacht zwischen oberem Stempelkneter und unterem stempellosen Kneter aufweist.
    Im Nachfolgenden werden nur die wesentlichen Bestandteile dieser Vorrichtung beschrieben, bezüglich weiterer Details der Aggregatkombination aus Stempelkneter und stempellosem Kneter wird auf die EP 0 472 931 A1 verwiesen, die die Kneteranordnung ohne Wiegevorrichtung in dem Zwischenraum betrifft und ausführlicher beschreibt.
  • In Fig. 1 sind der obere Stempelkneter 1, der darunter befindliche Schacht 5, die darin befindliche Wiegevorrichtung 2 und der untere Stempelkneter 9 schematisch dargestellt. Im oberen Stempelkneter 1 erfolgt erfindungsgemäß in Schritt a) die Herstellung einer Kautschukgrundmischung und gemäß Schritt b) die anschließende Überführung der Kautschukgrundmischung auf eine unterhalb des oberen Stempelkneters 1 angeordnete Wiegevorrichtung 2 ohne Zwischenlagerung. Die Wiegevorrichtung 2 umfasst eine Waage, die mittels Schiebe- und Ziehvorrichtung in und aus dem Schacht bewegt werden kann.
  • Der Bereich des Schachtes 5, in dem die Wiegevorrichtung 2 angeordnet ist, ist der Übersichtlichkeit halber mit einer gestrichelten Linie hervorgehoben. Die Wiegevorrichtung weist eine Waage 3 (Blech mit Wiegezellen) auf, die von einer Schutzhülle 4 umgeben ist. Die Waage selbst ist beispielweise eine herkömmliche geeignete Konstruktion aus einem Blech mit Wiegezellen.
    Die Schutzhülle 4 ist dabei an der Schachtwand 6 an einem Befestigungspunkt 7 befestigt. Wie in Fig. 1 erkennbar verläuft die Hülle 4 vom Befestigungspunkt 7 aus auf der Wiegeoberfläche der Waage und auf der gegenüberliegenden Schachtwand um die Waage herum und unterhalb der Waage bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Wiegeoberfläche und aus der Schachtwand an einem Austrittspunkt 8 heraus.
    Gemäß Schritt c) wird die Kautschukgrundmischung gewogen, und zwar befindet sich die Mischung in diesem Beispiel auf der zum oberen Stempelkneter 1 gerichteten Oberfläche der Schutzhülle 4.
    Gemäß Schritt d) erfolgt das Überführen der gewogenen Grundmischung in den stempellosen Kneter 9. In diesem Beispiel wird dies dadurch erreicht, dass die Schutzhülle 4 und die Waage 3 durch seitliches Ziehen über den Austrittspunkt 8 entsprechend der Pfeilrichtung aus dem Schacht 5 bewegt werden. Hierbei wird die Waage 3 vollständig aus dem Schacht 5 bewegt, sodass die Mischung von der Schutzhülle 4 in den unteren stempellosen Kneter fällt. Die Schutzhülle 4 ist somit Teil der Schiebe- und Ziehvorrichtung.
    Die Vorrichtung kann noch einen Abstreifer 10 aufweisen, die eventuelle Reste der gewogenen Grundmischung von der Schutzhülle 4 streift. Der Abstreifer 10 ist in Fig. 1 nicht dargestellt. Der Abstreifer 10 ist beispielsweise ein Edelstahl-Winkel.
  • Gemäß Schritt e) erfolgt die Berechnung der Menge an Vulkanisationschemikalien auf Basis des Batch-Gewichtes der gewogenen Kautschukgrundmischung und anschließend gemäß Schritt f) die Zugabe der berechneten Menge der Vulkanisationschemikalien zu der Kautschukgrundmischung in den stempellosen Kneter. Die nötige Menge an Vulkanisationschemikalien bemisst sich an der Zielrezeptur bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk, die aus der gewogenen Grundmischung bestimmt werden.
    In Schritt g) erfolgt schließlich das Mischen aller in dem stempellosen Kneter 9 vorhandenen Bestandteile zu einer Kautschukfertigmischung.
  • Die Kautschukfertigmischung wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in der erfindungsgemäßen Aggregatkombination mit konstanter und damit verbesserter Qualität hergestellt.
  • In Fig. 2 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Beispiel der Aggregatkombination mit einer Wiegevorrichtung 2 schematisch in einer Prinzipskizze dargestellt. In Fig. 2 sind ebenfalls der obere Stempelkneter 1, der darunter befindliche Schacht 5, eine darin befindliche Wiegevorrichtung 2 und der untere Stempelkneter 9 schematisch dargestellt. Hierbei weist Wiegevorrichtung 2 eine Waage 3 ohne Schutzhülle auf. Die Waage 3 wird nach dem Wiegen mit einer geeigneten Vorrichtung entsprechend der angezeigten Pfeilrichtung aus dem Schacht 5 gezogen.
    Ferner ist in Fig. 2 gezeigt, dass an der Schachtwand 6 ein Abstreifen 10 in Form eines dreieckigen Materialstücks, beispielsweise aus Edelstahl, vorgesehen ist. Dieses sorgt dafür, dass die Mischung gemäß Schritt d) in den unteren Kneter fällt.
    Ansonsten gelten die gleichen Verfahrensschritte wie beispielsweise zu Fig. 1 beschrieben.
  • In Fig. 3 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Beispiel der Aggregatkombination mit einer Wiegevorrichtung 2 schematisch in einer Prinzipskizze dargestellt. In Fig. 3 sind der obere Stempelkneter 1, der darunter befindliche Schacht 5, die darin befindliche Wiegevorrichtung 2 und der untere Stempelkneter 9 schematisch dargestellt. Hierbei umfasst die Wiegevorrichtung 2 eine Waage 3, die mittels einer Drehvorrichtung nach unten geklappt werden kann, um die gewogene Mischung gemäß Schritt d) in den unteren Kneter fallen zu lassen. Hierbei dient die Drehvorrichtung dazu, die Waage 3 in dem Schacht 5 zu bewegen und zwar hierbei um eine Rotationsachse senkrecht zur Verbindungslinie zwischen oberem und unterem Kneter zu drehen und somit aus der Wiegeebene zu klappen/kippen, wie in Fig. 3 anhand der Pfeile erkennbar.
    Ansonsten gelten die gleichen Verfahrensschritte wie beispielsweise zu Fig. 1 beschrieben.
    • Bezugszeichenliste: (Teil der Beschreibung)
    • 1 ...... Oberer Stempelkneter
    • 2 ...... Wiegevorrichtung
    • 3 ...... Waage
    • 4 ...... Schutzhülle
    • 5 ...... Schacht, Kanalförmiger Zwischenraum
    • 6 ...... Schachtwand
    • 7 ...... Befestigungspunkt der Schutzhülle an der Schachtwand
    • 8 ...... Austrittspunkt der Schutzhülle aus der Schachtwand
    • 9 ...... Stempelloser Kneter
    • 10 ...... Abstreifer

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Kautschukfertigmischung enthaltend Vulkanisationschemikalien in einer Aggregatkombination aus einem Stempelkneter (1) und einem darunter angeordneten stempellosen Kneter (9), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren wenigstens die folgenden Verfahrensschritte enthält:
    a) Herstellung einer Kautschukgrundmischung in dem oberen Stempelkneter (1), und
    b) Überführung der Kautschukgrundmischung auf eine unterhalb des oberen Stempelkneters angeordnete Wiegevorrichtung (2) ohne Zwischenlagerung und
    c) Bestimmung des Batch-Gewichtes der Kautschukgrundmischung und
    d) Überführung der gewogenen Kautschukgrundmischung in den stempellosen Kneter (9) und
    e) Berechnung der Menge an Vulkanisationschemikalien auf Basis des Batch-Gewichtes der gewogenen Kautschukgrundmischung und
    f) Zugabe der berechneten Menge der Vulkanisationschemikalien zu der Kautschukgrundmischung in den stempellosen Kneter (9) und
    g) Mischen aller in dem stempellosen Kneter (9) vorhandenen Bestandteile zu einer Kautschukfertigmischung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der stempellose Kneter (9) ein Arbeitsvolumen aufweist, das um 70 bis 200 % größer ist als das des Stempelkneters (1).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiegevorrichtung (2) eine Waage (3) ist, die mittels einer Schiebe- und Ziehvorrichtung in einem Schacht (5) zwischen Stempelkneter (1) und stempellosem Kneter (9) angeordnet ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiegevorrichtung (2) eine Schutzhülle (4) umfasst, die die Waage (3) umgibt, und die an einem Befestigungspunkt (7) oberhalb der Waage an einer Schachtwand (6) befestigt ist und den Schacht (5) an einem Austrittspunkt (8) unterhalb der Waage (3) und in Projektion entlang der Schachtwand unterhalb des Befestigungspunktes (7) verlässt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiegevorrichtung (2) eine Waage (3) ist, die mittels einer Drehvorrichtung im Schacht (5) zwischen Stempelkneter (1) und stempellosem Kneter (9) angeordnet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiegevorrichtung (2) eine Walze ist, in die eine Waage integriert ist oder die auf Wiegezellen angeordnet ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiegevorrichtung (2) ein Extruder ist, in den eine Waage integriert ist oder der auf Wiegezellen angeordnet ist.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiegevorrichtung (2) im Schacht (5) mit einer Kühlvorrichtung und bevorzugt wärmeisolierten Schachtwänden (6) angeordnet ist und die Kautschukgrundmischung auf der Wiegevorrichtung (2) gekühlt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukgrundmischung wenigstens einen Ruß als Füllstoff enthält.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiegevorrichtung (2) im Schacht (5) mit einer Heizvorrichtung und bevorzugt wärmeisolierten Schachtwänden (6) angeordnet ist und die Kautschukgrundmischung auf der Wiegevorrichtung (2) beheizt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukgrundmischung wenigstens eine Kieselsäure als Füllstoff und wenigstens ein Silan enthält.
  12. Verwendung der nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellten Kautschukfertigmischung für Fahrzeugreifen.
  13. Aggregatkombination aus einem oberen Stempelkneter (1) und einem darunter angeordneten stempellosen Kneter (9), dadurch gekennzeichnet, dass sie zwischen dem oberen Stempelkneter und dem stempellosen Kneter (9) zumindest eine Wiegevorrichtung (2) aufweist.
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